傳感器與檢測技術-ppt課件第一章.ppt

1、第一章傳感器理論基礎1.1傳感器基礎1.1.1傳感器概念傳感器/傳感器是一種能夠感知特定測量值并按照一定規(guī)則將其轉(zhuǎn)化為可用量的裝置和裝置。傳感器是將非電轉(zhuǎn)化為電的裝置。1，世紀學校，2，2，1.1.2傳感器的組成和分類，1傳感器的組成傳感器由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和測量電路組成，如圖1-1所示。1.1.2傳感器、傳感元件的組成和分類：直接感知測量變化并輸出與測量值有確定關系的某一物理量的元件，是傳感器的核心。轉(zhuǎn)換元件：將敏感元件輸出的物理量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測量的電信號的元件。測量電路：對轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號進行進一步轉(zhuǎn)換和處理的部分，如放大、濾波、線性化、補償?shù)取亩@得更好的質(zhì)量特性，便于后續(xù)電

2、路實現(xiàn)顯示、記錄、處理和控制功能。3，世紀學校，4，1.1.2傳感器的組成和分類，(1)根據(jù)其工作原理，傳感器可分為電參數(shù)傳感器(如電阻、電感和電容)、壓電傳感器、光電傳感器和熱電傳感器。(2)根據(jù)被測對象，傳感器可分為力傳感器、位移傳感器、速度傳感器和加速度傳感器。常用的物理量包括機械量、聲音、磁性、溫度和光。(3)根據(jù)其結(jié)構(gòu)，傳感器可分為結(jié)構(gòu)傳感器、物理傳感器和復合傳感器。物理傳感器依靠敏感元件材料物理性質(zhì)的變化來實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換，如水銀溫度計。結(jié)構(gòu)傳感器依靠傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化來實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換，如電容式傳感器。2傳感器的分類，世紀學校的文本，1.1.3傳感器的基本特征。當傳感器的輸入信號不變且

3、不隨時間變化時，其輸入輸出關系特性稱為靜態(tài)特性。傳感器的基本特性是指系統(tǒng)的輸入和輸出之間的關系，即傳感器系統(tǒng)的輸出信號y(t)和輸入信號(測量值)x(t)之間的關系。傳感器系統(tǒng)的示意圖如下圖所示。5，世紀學校，1.1.3傳感器的基本特性，傳感器的靜態(tài)特性：1。測量范圍：傳感器可以測量的最小輸入和最大輸入之間的范圍稱為傳感器的測量范圍。2.量程：傳感器測量范圍上限和下限之間的代數(shù)差，稱為量程。3.準確度：傳感器的準確度是指測量結(jié)果的可靠性，它是測量中各種誤差的綜合反映。在工程技術中，為了簡化傳感器精度的表示，引用了精度等級的概念。精度等級由一系列標準百分比值表示，代表傳感器測量的最大允許誤差，即

4、相對誤差。4.靈敏度：靈敏度是指傳感器輸出的變化與引起變化的輸入變化之比，如右圖所示。6，世紀學校巴文本，1.1.3傳感器的基本特性，5。線性：指輸出和輸入之間的關系曲線偏離理想直線的程度。當非線性誤差不太大時，通常采用線性擬合方法進行線性化。這樣，線性度表示為輸入輸出關系曲線與擬合直線和滿量程輸出之間最大偏差的百分比。其中，它是非線性最大誤差(最大偏差)；是滿量程輸出值。常用的直線擬合方法包括理論擬合、端點擬合和端點平移擬合，如圖1-7所示。通過不同的方法選擇擬合線，可以得到不同的線性度。7，世紀校車文本，1.1.3傳感器的基本特性，8，世紀校車文本，1.1.3傳感器的基本特性，9，6。分辨

5、率：分辨率是指檢測儀器準確檢測測量的最小變化值的能力。輸入量從任意值緩慢增加，直到可以測量輸出的變化，此時的輸入量就是分辨率靈敏度越高，分辨率越好。通常，模擬儀器的分辨率被指定為最小刻度值的一半。數(shù)字儀器的分辨率是最后一句話。1.1.3傳感器的基本特性，10.7 .可重復性：可重復性是指當輸入量在全范圍內(nèi)沿同一方向連續(xù)多次變化時所獲得的特性曲線之間的不一致性程度。1.1.3傳感器的基本特性，11.8。滯后3360滯后表示傳感器正(輸入量增加)和負(輸入)1.1.3傳感器的基本特性，12.9。穩(wěn)定性：穩(wěn)定性表示傳感器長時間保持其性能參數(shù)的能力。10.漂移：漂移是指在外界的干擾下，在一定的時間間隔

6、內(nèi)，傳感器輸出與輸入無關或不需要改變。漂移包括零漂移和靈敏度漂移，如圖所示。世紀學校巴文本，1.1.4傳感器的命名、代碼和圖形符號，13。傳感器的命名傳感器的全稱應由“四個主詞修飾語”組成，即主詞的第一個修飾語傳感器是被測量的，包括修改被測量的屬性。次修飾語的轉(zhuǎn)換原則一般可以用“是”字作后綴。第三級修飾特征描述是指傳感器的結(jié)構(gòu)、性能、材料特性、敏感元件和其他必須強調(diào)的必要性能特征，一般可以用“類型”一詞作為后綴。四級修飾符的主要技術指標(如范圍、精度、靈敏度等)。)。1.1.4傳感器的命名、代碼和圖形符號，14.2傳感器代碼傳感器代碼應包括以下四個部分：一個主要名稱(傳感器)；b是經(jīng)過測量的。

7、轉(zhuǎn)換原則；d序列號，如圖所示。1.1.4傳感器的命名、代碼和圖形符號，15.3傳感器的圖形符號是電氣圖圖形符號的一部分。根據(jù)GB/T 1447993傳感器圖的圖形符號，傳感器的圖形符號由符號元素正方形和等邊三角形組成，如圖所示。世紀學校巴，1.1.5傳感器發(fā)展趨勢，16，(1)發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象和新效應；(2)開發(fā)新材料；(3)采用高科技；(4)拓展應用領域；(5)提高傳感器的性能；(6)傳感器的小型化和低功耗；(7)傳感器的集成和多功能；(8)傳感器的智能化和數(shù)字化；(9)傳感器聯(lián)網(wǎng)。檢測技術是一門應用技術學科，主要研究檢測系統(tǒng)中信息提取、信息轉(zhuǎn)換和信息處理的理論和技術。檢測技術主要研究測量原理、測

8、量方法、檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理。對不同性質(zhì)的被測對象應采用不同的測量原理，對相同性質(zhì)的被測對象也可采用不同的測量原理。1.2檢測技術的理論基礎，世紀學校教材，18，1.2.2測量方法1)直接測量，間接測量和組合測量(也稱同時測量)。聯(lián)立方程求解后，就可以得到被測物理量的最終結(jié)果，這就是組合測量。2)偏差式測量、零位式測量和毫秒式測量3)等精度測量和不等精度測量4)靜態(tài)測量和動態(tài)測量1.2檢測技術的理論基礎19，1.2。3檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)由被測對象、傳感器、數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)和數(shù)據(jù)顯示環(huán)節(jié)組成，1.2檢測技術理論基礎，20，1.2。3檢測系統(tǒng)分為開環(huán)檢測系統(tǒng)和閉環(huán)檢測系統(tǒng)，1.2檢測技術的理

9、論基礎、世紀學校巴，21，1.2。4測量誤差和數(shù)據(jù)處理測量誤差在檢測過程中，被檢測對象、檢測系統(tǒng)、檢測方法和檢測人員都會受到各種變化因素的影響。被測對象的變換有時會改變被測對象的原始狀態(tài)。這導致檢測結(jié)果和測量的客觀真實值之間存在一定的差異，這被稱為測量誤差。簡而言之，測量誤差是測量值與真實值之間的差值，它反映了測量精度。測量誤差的主要來源可以概括為工具誤差、環(huán)境誤差、方法誤差和人員誤差。1.2檢測技術的理論基礎，世紀學校巴鄭文，22，1.2。4測量誤差的估計和處理及數(shù)據(jù)處理測量數(shù)據(jù)1)隨機誤差的評價指標1)算術平均。在實際測量中，真實值通常是不可用的?？梢宰C明，隨著測量次數(shù)的增加，算術平均值更接近真值，當無窮大時，測量值的算術平均值即為真值。(2)標準誤差(也稱為均方根誤差)。算術平均是隨機誤差的分布中心，而標準誤差反映了隨機誤差的分布范圍。標準誤差越大，測量數(shù)據(jù)的離散范圍越大。標準誤差可以描述測量數(shù)據(jù)和測量結(jié)果的準確性，是評價隨機誤差的重要指標。1.2檢測技術的理論